KR20210127366A - 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법 - Google Patents

차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법 Download PDF

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KR20210127366A
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임진규
정승면
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법에 관한 것으로, 차량 구동용 모터의 3상 코일에 인가되는 전류센서의 고장 시 배터리의 충전을 중지시켜 상기 모터의 작동에 따른 토크 발생을 방지할 수 있도록 하는 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법 {Charging system for vehicle and battery charging stop method using the same}
본 발명은 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법에 관한 것으로, 상세하게는 배터리의 충전 중에 전류센서의 고장으로 인해 초래되는 모터의 회전 작동을 방지할 수 있는 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량이나 전기자동차와 같이 모터를 구동원으로 사용하는 차량의 경우 모터에 전력을 제공하는 배터리가 탑재된다.
최근 상기 배터리는 충전시간의 단축을 위해 점차 전압 사양이 높아지고 있다. 그러나, 고사양 배터리의 충전을 위한 충전 인프라(Charging Infrastructure)는 아직 원활하게 제공되지 못하고 있다.
일반적인 충전시스템의 경우 부스트컨버터를 추가 적용하면 고사양 배터리도 충전을 할 수 있다. 그러나, 부스트컨버터를 추가하는 경우 충전시스템의 사이즈 및 원가가 증가하는 문제가 발생한다.
이에 종래의 충전시스템은 모터에 연결된 인버터를 통해 외부충전기의 출력을 승압시켜 배터리에 충전시킬 수 있도록 하고 있다. 그에 따라 상기 충전시스템은 다양한 사양의 배터리를 충전시키는 멀티충전 기능을 수행할 수 있게 되며, 이러한 충전시스템은 멀티충전시스템이라고도 칭해진다.
상기 외부충전기는 차량 외부의 충전설비이며, 상기 외부충전기는 배터리와 전기적으로 연결될 때 배터리의 충전을 위한 전력을 공급할 수 있다.
도 4 및 도 5는 종래의 충전시스템을 나타낸 회로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 충전시스템은, 배터리(110)와 동일한 출력 사양을 가지는 외부충전기(120)가 연결되는 경우, 제1릴레이(111)와 제2릴레이(112) 및 제3릴레이(113)는 온 작동되고 제4릴레이(114)는 오프 작동됨에 의해 배터리(110)의 충전이 진행된다.
그리고 도 5를 보면 상기 충전시스템은, 배터리(110)보다 낮은 출력 사양을 가지는 외부충전기(120)가 상기 배터리(110)에 연결되는 경우, 제1릴레이(111)와 제2릴레이(112) 및 제4릴레이(114)는 온 작동되고 제3릴레이(113)는 오프 작동됨에 의해 모터(130)의 3상 코일(131,132,133)과 인버터(140)를 통과한 전류가 배터리(110)에 충전된다.
이때 상기 인버터(140)는 3상 스위치 모듈(141,142,143)의 작동에 의해 부스팅 모드로 작동되어 외부충전기(120)의 출력전압을 승압시켜 배터리(110)에 인가하게 된다.
상기 인버터(140)를 사용하여 배터리(110)를 충전하는 경우, 모터(130)의 3상 코일(131,132,133)을 통과하는 전류를 감지하는 전류센서(144,145,146)들 중에 어느 하나라도 고장이 발생하면, 상기 3상 코일(131,132,133) 중 하나의 코일에 전류가 인가되지 못하게 되며 그에 따라 상기 3상 코일(131,132,133)에 인가되는 전류의 불균형이 발생한다.
상기 배터리(110)의 정상적인 충전시 상기 3상 코일(131,132,133)에 인가되는 전류는 균형을 이룬다.
상기 3상 코일(131,132,133)에 인가되는 전류의 불균형이 발생하게 되면 모터 회전자의 영구자석의 자속에 의해 상기 3상 코일(131,132,133)의 인덕턴스값이 변하게 되고 결과적으로 모터(130)가 회전 작동을 하게 된다.
상기 배터리(110)의 충전 중에 상기 모터(130)가 회전하게 되면 모터(130)가 출력하는 토크에 의해 차량이 구동되는 위험상황이 발생하게 된다.
다시 말해, 상기 전류센서(144,145,146)들 중에 하나라도 고장이 발생하는 경우, 배터리(110)의 충전중에 모터(130)가 회전하게 되며, 상기 모터(130)의 회전에 따른 모터토크로 인해 차량이 구동되는 문제가 발생한다.
또한, 상기 전류센서(144,145,146)의 고장시 상기 모터(130)가 지속적으로 작동되는 경우 상기 모터(130)의 소손이 초래된다.
등록특허 제10-1684064호 공개특허 제10-2008-0053992호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 차량 구동용 모터의 3상 코일에 인가되는 전류센서의 고장 시 배터리의 충전을 중지시켜 상기 모터의 작동에 따른 토크 발생을 방지할 수 있도록 하는 차량용 충전시스템 및 이의 배터리 충전 중지 방법을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명은: 차량의 구동을 위한 모터; 상기 모터에 전력을 공급하는 배터리; 상기 모터와 배터리 사이에 배치되어 상기 모터와 배터리 사이에 전류의 흐름을 단속할 수 있도록 구성되는 인버터; 상기 배터리가 상기 모터와 인버터를 통해 충전되는 중에, 상기 모터의 3상 코일에 인가되는 전류량을 각각 검출하는 전류센서들 중 이상 전류센서가 발생하면, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터에 전송된 이전 듀티 지령에 따라 상기 인버터의 스위칭 듀티를 제어한 다음, 상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시켜서 제로에 도달시키는 제어기;를 포함하는 차량용 충전시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 이전 듀티 지령에 따라 인버터의 스위칭 듀티를 제어할 때, 상기 인버터의 스위치 모듈들은 상기 이전 듀티 지령에 따라 모두 동일한 스위칭 듀티로 동작하게 된다.
상기 인버터는, 상기 모터의 3상 코일 중 제1코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제1스위치 모듈; 상기 3상 코일 중 제2코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제2스위치 모듈; 상기 3상 코일 중 제3코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제3스위치 모듈;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시킬 때, 상기 제1스위치 모듈과 제2스위치 모듈 및 제3스위치 모듈의 스위칭 듀티를 동일한 비율로 감소시킨다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 인버터의 스위칭 듀티가 제로에 도달하면, 상기 배터리의 충전을 위한 전력을 제공하는 외부충전기의 출력전류가 제로가 되는지를 판단하고, 상기 외부충전기의 출력전류가 제로가 되면 상기 배터리의 충전이 중지된 것으로 판단할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 모터에 인가되는 전류의 제어주기의 소정 배수의 시간 동안, 상기 이전 듀티 지령에 따라 인버터의 스위칭 듀티를 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 모터에 인가되는 전류의 제어주기의 소정 배수의 시간 동안, 인버터의 스위칭 듀티를 실시간 스위칭 듀티 값으로부터 0% 까지 선형적으로 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 모터의 각 코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 스위치 모듈이 온 될 때 상기 코일의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 전류센서에 의해 검출된 전압값의 상승 기울기가 동일하지 않으면, 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어기는, 상기 모터의 각 코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 스위치 모듈이 오프 될 때 상기 코일의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 전류센서에 의해 검출된 전압값의 상승 기울기가 다르면, 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
한편 본 발명은: 차량의 구동을 위한 모터와 상기 모터에 전력을 공급하는 배터리 및 상기 모터와 배터리를 연결하는 인버터를 구비한 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법으로서, 상기 배터리가 상기 모터와 인버터를 통해 충전되는 중에, 상기 모터의 3상 코일에 인가되는 전류량을 각각 검출하는 전류센서들 중 이상 전류센서가 있는지를 판단하는 단계; 상기 전류센서들 중 이상 전류센서가 있는 것으로 판단되면, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터에 전송된 이전 듀티 지령에 따라 상기 인버터의 스위칭 듀티를 제어하는 단계; 상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시켜서 제로에 도달시키는 단계; 상기 인버터의 스위칭 듀티가 제로가 되면 상기 배터리의 충전이 중지된 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법도 제공한다.
상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 전류센서의 고장 발생시 배터리의 충전을 중지시킴으로써 모터의 작동에 따른 차량의 구동을 방지할 수 있다.
둘째, 배터리의 충전 중에 차량이 구동됨에 따른 위험 상황을 사전 방지할 수 있다.
셋째, 전류센서의 고장시 모터가 지속적으로 작동됨에 따라 초래되는 모터의 소손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 충전시스템을 나타낸 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 충전시스템에 외부충전기가 접속된 상태를 나타낸 회로도,
도 3은 본 발명에 따른 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법을 나타낸 순서도,
도 4 및 도 5는 종래의 충전시스템을 나타낸 회로도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 충전시스템을 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 충전시스템에 외부충전기가 접속된 상태를 나타낸 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 충전시스템은, 차량의 구동을 위한 구동력을 발생할 수 있는 모터(10)와, 상기 모터(10)의 구동을 위한 전력을 상기 모터(10)에 제공할 수 있는 배터리(20), 및 상기 배터리(20)와 모터(10) 사이에 배치되어 배터리(20)와 모터(10)를 전기적으로 연결하는 인버터(30)를 포함하여 구성된다.
상기 인버터(30)는 모터(10)의 구동시 상기 배터리(20)에서 모터(10)로 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환시켜 모터(10)에 인가할 수 있다.
즉, 상기 인버터(30)는 배터리(20)의 직류 전력을 모터(10)의 구동을 위한 교류 전력으로 변환시켜 상기 모터(10)에 공급할 수 있다.
이때 상기 인버터(30)의 스위칭 동작은 차량내 제어기(40)의 지령에 의해 제어될 수 있다. 상기 제어기(40)는 차량에 기탑재되어 있는 모터제어유닛일 수 있다.
상기 제어기(40)는, 상기 인버터(30)를 구성하는 스위칭소자 (31a,31b,32a,32b,33a,33b)들의 동작을 제어함에 의해, 배터리(20)에서 모터(10)로 공급되는 직류 전력을 모터(10)가 사용하는 교류 전력으로 변환시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 인버터(30)는, 직류 전력을 교류 전력으로 변환시키기 위해, 6개의 스위칭소자(31a,31b,32a,32b,33a,33b)들로 구성될 수 있으며, 상기 스위칭소자(31a,31b,32a,32b,33a,33b)들 중에 직렬로 연결된 2개의 스위칭소자가 1상의 스위치 모듈이 된다. 즉, 상기 인버터(30)는 병렬로 연결된 3개의 스위치 모듈(31,32,33)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 인버터(30)는 제1스위치 모듈(31)과 제2스위치 모듈(32) 및 제3스위치 모듈(33)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1스위치 모듈(31)은 모터(10)의 3상 코일(11,12,13) 중 제1코일(11)에 인가되는 전류의 흐름을 단속하여 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제2스위치 모듈(32)은 모터(10)의 3상 코일(11,12,13) 중 제2코일(12)에 인가되는 전류의 흐름을 단속하여 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제3스위치 모듈(33)은 모터(10)의 3상 코일(11,12,13) 중 제3코일(13)에 인가되는 전류의 흐름을 단속하여 제어하도록 구성될 수 있다.
배터리(20)의 출력전압보다 낮은 전압 사양의 외부충전기(50)를 이용하여 배터리(20)를 충전하는 경우, 상기 인버터(30)는 외부충전기(50)의 출력전압을 승압시켜 배터리(20)에 인가할 수 있다.
상기 인버터(30)는, 배터리(20)의 충전시 일반적인 부스트컨버터의 부스트 모드를 구현할 수 있다.
상기 인버터(30)에 의한 부스트 제어를 통해 외부충전기(50)의 출력전압을 배터리(20)의 출력전압까지 승압시킬 수 있다. 이때 인버터(30)의 스위칭 동작은 상기 제어기(40)에 의해 제어될 수 있다.
상기 외부충전기(50)는 차량 외부의 전원공급기이며, 상기 외부충전기는 배터리(20)와 전기적으로 연결될 때 배터리(20)의 충전을 위한 교류 전력을 공급할 수 있다. 즉, 상기 외부충전기(50)는 외부교류전원이라고도 칭할 수 있다.
상기 배터리(20)의 충전시, 상기 인버터(30)는 모터(10)의 3상 코일(11,12,13)을 통해 인가되는 전력을 승압시켜 배터리(20)에 공급할 수 있다.
상기 인버터(30)는 스위치 모듈(31,32,33)들의 스위칭 작동에 의해 부스트 모드로 작동되어서 외부충전기(50)에서 공급되는 교류 전력을 배터리(20)의 전압 수준으로 승압시킬 수 있다.
이때 스위치 모듈(31,32,33)들은 제어기(40)의 지령에 따라 턴 온 동작을 하거나 턴 오프 동작을 하게 된다.
도 2에 보듯이, 상기 모터(10)는 병렬로 연결된 3개의 코일(11,12,13)을 포함하여 구성되는 3상 모터이다. 상기 3개의 코일(11,12,13)은, 모터 고정자의 3상 코일이며, 병렬로 연결된 제1코일(11)과 제2코일(12) 및 제3코일(13)일 수 있다.
상기 제1코일(11)을 통과한 전류는 제1스위치 모듈(31)을 통해 배터리(20)에 인가될 수 있고, 상기 제2코일(12)을 통과한 전류는 제2스위치 모듈(32)을 통해 배터리(20)에 인가될 수 있고, 상기 제3코일(13)을 통과한 전류는 제3스위치 모듈(33)을 통해 배터리(20)에 인가될 수 있다.
또한 상기 인버터(30)는, 제1전류센서(34)와 제2전류센서(35) 및 제3전류센서(36)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1전류센서(34)는 제1코일(11)을 통과하여 흐르는 전류량(전류값)을 감지할 수 있다. 상기 제2전류센서(35)는 제2코일(12)을 통과하여 흐르는 전류량을 감지할 수 있다. 상기 제3전류센서(36)는 제3코일(13)을 통과하여 흐르는 전류량을 감지할 수 있다.
상기 전류센서(34,35,36)들의 신호는 제어기(40)로 전송될 수 있으며, 상기 제어기(40)는 상기 전류센서(34,35,36)들의 신호를 기반으로 인버터(30)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
또한 상기 인버터(30)와 모터(10)를 이용하여 배터리(20)를 충전할 때, 제1릴레이(21)와 제2릴레이(22)와 제3릴레이(23) 및 제4릴레이(24)는 턴 온 되고 제5릴레이(25)가 턴 오프 됨에 의해, 외부충전기(50)는 모터(10)와 인버터(30)를 통해 배터리(20)에 전력을 공급할 수 있게 된다.
상기 제1릴레이(21)와 제2릴레이(22)는 배터리(20)의 양단에 연결되어 배치된다. 상기 제3릴레이(23)와 제5릴레이(25)는 턴 온(ON) 시 외부충전기(50)를 배터리(20)에 직접적으로 접속시킬 수 있게 된다. 상기 제4릴레이(24)는 제3릴레이(23)와 함께 턴 온(ON) 시 외부충전기(50)를 모터(10)에 직접적으로 접속시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 배터리(20)의 충전 중에 인버터(30)의 전류센서(34,35,36)들 중 하나의 전류센서가 고장나는 경우, 고장이 발생한 전류센서와 연결된 스위치 모듈이 즉시 턴 오프될 수 있다.
예를 들어, 제1전류센서(34)의 고장시 제1스위치 모듈(31)이 턴 오프될 수 있고, 제2전류센서(35)의 고장시 제2스위치 모듈(32)이 턴 오프될 수 있고, 제3전류센서(36)의 고장시 제3스위치 모듈(33)이 턴 오프될 수 있다.
상기 제1스위치 모듈(31)이 턴 오프되는 경우 제1코일(11)에 인가되는 전류의 흐름이 중단될 수 있고, 상기 제2스위치 모듈(32)이 턴 오프되는 경우 제2코일(12)에 인가되는 전류의 흐름이 중단될 수 있으며, 또한 제3스위치 모듈(33)이 턴 오프되는 경우 제3코일(13)에 인가되는 전류의 흐름이 중단될 수 있다.
이와 같이 3개의 코일(11,12,13) 중 어느 하나의 코일에 전류가 인가되지 않게 되면, 3개의 코일(11,12,13)에 인가되는 전류량의 차이가 발생함에 의해 모터(10)의 회전자에 작용하는 힘의 불균형이 발생하고, 그에 따라 상기 회전자가 회전을 하게 된다.
배터리(20)의 충전 중에 모터(10)의 회전자가 회전하게 되면 모터토크가 발생하게 되고, 그에 따라 차량이 구동되는 문제가 초래될 수 있다.
배터리(20)가 정상적으로 충전되는 경우 상기 3개의 코일(11,12,13)에 외부충전기(50)의 출력전류가 동시 인가된다.
상기 제어기(40)는, 배터리(20)의 충전 중에 모터토크가 발생하는 것을 방지하기 위해, 상기 배터리(20)의 충전 중에 전류센서(34,35,36)의 고장이 발생하는지 여부를 모니터링한다.
상기 제어기(40)는, 예를 들어 배터리(20)의 충전 중에 어느 하나의 전류센서의 신호값이 미발생하거나, 또는 전류센서(34,35,36)들의 신호값 간에 차이가 정해진 오차범위를 초과하는 경우, 혹은 모터(10)가 구동되어 모터토크가 발생하는 경우, 어느 하나의 전류센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
또한 상기 제어기(40)는, 전류센서의 신호값(즉, 출력전압값)이 설정진 정상동작범위의 최대신호값(즉, 제2출력전압값) 이상이거나 최소신호값(즉, 제1출력전압값) 이하일 때에도 해당 전류센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다. 상기 정상동작범위는 제1출력전압값 ~ 제2출력전압값일 수 있다.
또한 상기 제어기(40)는, 스위치 모듈(31,32,33)이 온 될 때 모터(10)의 인덕터 양단 전압의 상승 기울기와 전류센서(34,35,36)의 신호값의 상승 기울기가 다른 경우, 또는 스위치 모듈(31,32,33)이 오프 될 때 모터(10)의 인덕터 양단 전압의 하강 기울기와 전류센서(34,35,36)의 신호값의 하강 기울기가 다른 경우, 인덕터 양단 전압의 기울기와 다른 기울기의 신호값을 검출한 전류센서가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 제어기(40)는, 제1스위치 모듈(31)이 온 될 때 제1코일(11)의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 제1전류센서(34)에 의해 검출된 신호값(즉, 전압값)의 상승 기울기가 동일하지 않으면, 제1전류센서(34)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
제어기(40)는, 제2스위치 모듈(32)이 온 될 때 제2코일(12)의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 제2전류센서(35)에 의해 검출된 신호값의 상승 기울기가 동일하지 않으면, 제2전류센서(35)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
제어기(40)는, 제3스위치 모듈(33)이 온 될 때 제3코일(13)의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 제3전류센서(36)에 의해 검출된 신호값의 상승 기울기가 동일하지 않으면, 제3전류센서(36)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
또한 제어기(40)는, 제1스위치 모듈(31)이 오프 될 때 제1코일(11)의 양단에 걸리는 전압값의 하강 기울기와 제1전류센서(34)에 의해 검출된 신호값의 하강 기울기가 다르면, 제1전류센서(34)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
제어기(40)는, 제2스위치 모듈(32)이 오프 될 때 제2코일(12)의 양단에 걸리는 전압값의 하강 기울기와 제2전류센서(35)에 의해 검출된 신호값의 하강 기울기가 다르면, 제2전류센서(35)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
제어기(40)는, 제3스위치 모듈(33)이 오프 될 때 제3코일(13)의 양단에 걸리는 전압값의 하강 기울기와 제3전류센서(36)에 의해 검출된 신호값의 하강 기울기가 다르면, 제3전류센서(36)가 고장난 것으로 판단할 수 있다.
상기 코일(11,12,13)의 양단에 걸리는 전압은 전압측정회로를 이용하여 측정할 수 있다.
이하, 3개의 전류센서(34,35,36)들 중 고장이 발생한 전류센서를 "이상 전류센서"라고 칭하기로 한다.
상기 제어기(40)는, 배터리(20)의 충전시 전류센서(34,35,36)들 중에 어느 하나의 전류센서가 고장난 것을 인지하게 되면, 즉 배터리(20)의 충전 중에 상기 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단되면, 모터(10)가 토크를 출력하는 것을 방지하기 위해, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터(30)에 전송한 듀티 지령(즉, 이전 듀티 지령)을 지속한다.
다시 말해, 상기 제어기(40)는, 배터리(20)의 충전 중에 전류센서의 고장을 감지하게 되면, 인버터(30)의 스위치 모듈(31,32,33)들에 인가하는 듀티 지령을 변경하지 않고 상기 이전 듀티 지령에 따른 인버터(30)의 스위칭 동작을 동일하게 지속시킨다. 이때 제1스위치 모듈(31)과 제2스위치 모듈(32) 및 제3스위치 모듈(33)은 모두 상기 이전 듀티 지령에 따라 동일하게 동작하게 된다.
따라서 상기 이상 전류센서가 발생한 이후, 상기 인버터(30)는 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 듀티로 동작을 하게 된다.
상기 인버터(30)는 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 동작을 정해진 시간 동안 유지하게 된다. 즉, 상기 인버터(30)는 정해진 시간 동안 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전과 동일하게 스위치 모듈(31,32,33)의 스위칭 동작을 지속하게 된다. 상기 정해진 시간은 예를 들어, 최소 1초 이상으로 설정될 수 있다.
좀더 말하면, 인버터(30)가 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 동작을 지속하는 시간은, 모터(10)에 인가되는 전류를 제어하는 주기(즉, 전류제어주기)의 10배의 시간으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류제어주기 0.1ms 인 경우, 인버터(30)가 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 동작을 지속하는 시간은, 1ms 일 수 있다. 이와 같이 인버터(30)의 스위칭 동작 지속 시간을 설정하는 경우, 충전시스템이 안정적으로 동작하게 된다.
상기 이상 전류센서가 발생한 상황에서 인버터(30)의 스위칭 동작을 지속하게 되면 2차 고장이 발생할 가능성이 높아진다.
따라서 제어기(40)는, 상기 이상 전류센서가 발생하고 상기 정해진 시간이 경과한 것으로 판단되면, 인버터(30)의 스위칭 듀티를 서서히 감소시키되, 제1스위치 모듈(31)과 제2스위치 모듈(32) 및 제3스위치 모듈(33)의 스위칭 듀티(즉, 온 듀티)를 동일한 비율로 감소시킨다.
상기 스위치 모듈(31,32,33)들의 온 듀티를 동일한 비율로 감소시킴에 의해 모터(10)의 회전자에 작용하는 힘의 균형을 유지시킬 수 있게 된다. 상기 스위치 모듈(31,32,33)들의 온 듀티를 동일한 비율로 감소시킴으로써, 스위치 모듈(31,32,33)들의 온 듀티를 동시에 0%에 도달시킬 수 있으며, 결과적으로 모터(10)의 회전 작동을 방지할 수 있게 된다.
상기 스위치 모듈(31,32,33)들의 온 듀티가 다르게 감소하게 되면, 모터(10)의 회전자에 작용하는 힘의 불균형이 일어나게 되며, 결과적으로 모터(10)가 작동되어 모터토크가 발생할 수 있다.
또한 상기 인버터(30)의 스위칭 듀티를 감소시킬 때 선형적으로 감소시키는 것이 바람직하다. 이때 상기 스위칭 듀티의 감소 비율은 사전 실험 등을 통해 도출된 값으로 정해질 수 있다.
구체적으로, 상기 스위칭 듀티는 정해진 시간 동안 현재의 스위칭 듀티 값(즉, 실시간 스위칭 듀티 값)으로부터 0% 까지 감소된다. 좀더 구체적으로, 상기 인버터(30)의 스위칭 듀티는, 모터(10)에 인가되는 전류를 제어하는 주기(즉, 전류제어주기)의 100배의 시간 동안, 실시간 스위칭 듀티 값으로부터 0% 까지 선형적으로 감소되도록 제어된다. 예를 들어, 상기 전류제어주기가 0.1ms 인 경우, 인버터(30)의 스위칭 듀티는 10ms 동안 실시간 듀티 값으로부터 0% 까지 감소된다.
여기서, 상기 2차 고장은 상기 충전시스템내 다른 부품의 고장일 수 있으며, 예를 들어 모터(10)의 고장일 수 있다.
상기 제어기(40)는, 인버터(30)의 스위칭 듀티가 감소되어 0%가 됨을 확인하면 배터리(20)의 충전이 중단된 것으로 판단할 수 있으며, 배터리(20)의 충전 중지를 알리는 신호(즉, 충전중지신호) 및 이상 전류센서의 발생을 알리는 신호(즉, 센서고장신호)를 상위 제어기(60)에 전송할 수 있다.
상기 제어기(40)는, 배터리(20)의 충전 중지를 더 정확하게 판단하기 위해, 상기 인버터(30)의 스위칭 듀티가 제로가 되는지를 판단하게 되면 외부충전기(50)의 출력전류가 제로(0A)가 되는지를 더 판단할 수 있다.
상기 제어기(40)는, 인버터(30)의 스위칭 듀티가 0%에 도달함을 확인하고 외부충전기(50)의 출력전류가 제로(0A)가 됨을 확인하게 되면, 상기 배터리(20)의 충전이 중단된 것으로 판단하고, 이후 상기 충전중지신호와 센서고장신호를 상위 제어기(60)에 전송할 수 있다.
상기 제어기(40)는, 상위 제어기(60)에 상기 충전중지신호와 센서고장신호를 전송함에 의해, 배터리(20)의 충전이 중지된 원인을 상위 제어기(60)에 알릴 수 있으며, 또한 이상 전류센서의 교체 및 수리 등을 유도할 수 있다.
상기 상위 제어기(60)는, 차량내 제어기이며, 차량용 모터제어유닛의 상위 제어기일 수 있다.
여기서, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법을 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(40)는, 배터리(20)의 충전 중에 인버터(30)의 전류센서(34,35,36)들 중 이상 전류센서가 발생하는지를 실시간으로 모니터링하여 확인한다.
상기 제어기(40)는, 상기 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단되면, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터(30)에 전송한 듀티 지령(즉, 이전 듀티 지령)에 의해, 인버터(30)의 스위칭 듀티를 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전과 동일하게 유지시킨다.
이를 위해, 상기 제어기(40)는, 상기 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단되면, 새로운 듀티 지령을 인버터(30)에 전송하지 않는다.
즉, 상기 제어기는, 제1전류센서(34)와 제2전류센서(35) 및 제3전류센서(36) 중 어느 하나의 전류센서가 고장난 것으로 판단되면, 새로운 듀티 지령을 인버터(30)에 전송하지 않음으로써 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 듀티가 지속될 수 있도록 한다.
상기 인버터(30)는 제어기(40)로부터 새로운 듀티 지령이 전송되지 않음에 따라 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 듀티에 따른 스위칭 동작을 지속할 수 있게 된다.
상기 제어기(40)는, 상기 이상 전류센서가 발생한 이후 정해진 시간이 경과하면, 인버터(30)의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시킨다. 이때 제1스위치 모듈(31)과 제2스위치 모듈(32) 및 제3스위치 모듈(33)은, 상기 이전 듀티 지령에 따른 스위칭 듀티를 기준으로 온 타임이 점차 감소하게 된다.
구체적으로 상기 제어기(40)는, 상기 제1코일(11)에 인가되는 전류량을 감지하는 제1전류센서(34)의 고장이 발생한 것으로 판단되면, 제1스위치 모듈(31)의 스위칭 듀티를 제2스위치 모듈(32)과 제3스위치 모듈(33)의 스위칭 듀티와 동일한 비율로 감소시킨다.
또한 상기 제어기(40)는, 상기 제2코일(12)에 인가되는 전류량을 감지하는 제2전류센서(35)의 고장이 발생한 것으로 판단되면, 제2스위치 모듈(32)의 스위칭 듀티를 제1스위치 모듈(31)과 제3스위치 모듈(33)의 스위칭 듀티와 동일한 비율로 감소시킨다.
또한 상기 제어기(40)는, 상기 제3코일(13)에 인가되는 전류량을 감지하는 제3전류센서(36)의 고장이 발생한 것으로 판단되면, 제3스위치 모듈(33)의 스위칭 듀티를 제1스위치 모듈(31)과 제2스위치 모듈(32)의 스위칭 듀티와 동일한 비율로 감소시킨다.
상기 제어기(40)는, 상기 스위치 모듈(31,32,33)들의 스위칭 듀티가 감소하여 제로(0%)에 도달하게 되면, 외부충전기(50)의 출력전류가 제로(0A)인지를 확인한다.
상기 제어기(40)는, 외부충전기(50)의 출력전류가 제로인 것이 확인되면, 배터리(20)의 충전이 중지된 것으로 판단하고, 충전중지신호 및 센서고장신호를 발생하여 상위 제어기(60)에 전송한다.
상기 상위 제어기(60)는, 상기 충전중지신호 및 센서고장신호를 수신하게 되면 차량의 실내 디스플레이부에 배터리(20)의 충전 중지를 알리는 메시지 및 전류센서의 고장을 알리는 메시지를 출력시킴으로써, 배터리(20)의 충전 중지 및 이상 전류센서의 발생을 사용자에게 알릴 수 있다.
이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 설명에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 모터 11 : 제1코일
12 : 제2코일 13 : 제3코일
20 : 배터리 30 : 인버터
31 : 제1스위치 모듈 32 : 제2스위치 모듈
33 : 제3스위치 모듈 34 : 제1전류센서
35 : 제2전류센서 36 : 제3전류센서
40 : 제어기 50 : 외부충전기
60 : 상위 제어기

Claims (14)

  1. 차량의 구동을 위한 모터;
    상기 모터에 전력을 공급하는 배터리;
    상기 모터와 배터리 사이에 배치되어 상기 모터와 배터리 사이에 전류의 흐름을 단속할 수 있도록 구성되는 인버터;
    상기 배터리가 상기 모터와 인버터를 통해 충전되는 중에, 상기 모터의 3상 코일에 인가되는 전류량을 각각 검출하는 전류센서들 중 이상 전류센서가 발생하면, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터에 전송된 이전 듀티 지령에 따라 상기 인버터의 스위칭 듀티를 제어한 다음, 상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시켜서 제로에 도달시키는 제어기;
    를 포함하는 차량용 충전시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이전 듀티 지령에 따라 인버터의 스위칭 듀티를 제어할 때, 상기 인버터의 스위치 모듈들은 상기 이전 듀티 지령에 따라 모두 동일한 스위칭 듀티로 동작하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인버터는,
    상기 모터의 3상 코일 중 제1코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제1스위치 모듈;
    상기 3상 코일 중 제2코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제2스위치 모듈;
    상기 3상 코일 중 제3코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제3스위치 모듈;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시킬 때, 상기 제1스위치 모듈과 제2스위치 모듈 및 제3스위치 모듈의 스위칭 듀티를 동일한 비율로 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 인버터의 스위칭 듀티가 제로에 도달하면, 상기 배터리의 충전을 위한 전력을 제공하는 외부충전기의 출력전류가 제로가 되는지를 판단하고, 상기 외부충전기의 출력전류가 제로가 되면 상기 배터리의 충전이 중지된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 모터에 인가되는 전류의 제어주기의 소정 배수의 시간 동안, 상기 이전 듀티 지령에 따라 인버터의 스위칭 듀티를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는, 모터에 인가되는 전류의 제어주기의 소정 배수의 시간 동안, 인버터의 스위칭 듀티를 실시간 스위칭 듀티 값으로부터 0% 까지 선형적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 모터의 각 코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 스위치 모듈이 온 될 때 상기 코일의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 전류센서에 의해 검출된 전압값의 상승 기울기가 동일하지 않으면, 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 모터의 각 코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어하는 스위치 모듈이 오프 될 때 상기 코일의 양단에 걸리는 전압값의 상승 기울기와 전류센서에 의해 검출된 전압값의 상승 기울기가 다르면, 이상 전류센서가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템.
  10. 차량의 구동을 위한 모터와 상기 모터에 전력을 공급하는 배터리 및 상기 모터와 배터리를 연결하는 인버터를 구비한 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법으로서,
    상기 배터리가 상기 모터와 인버터를 통해 충전되는 중에, 상기 모터의 3상 코일에 인가되는 전류량을 각각 검출하는 전류센서들 중 이상 전류센서가 있는지를 판단하는 단계;
    상기 전류센서들 중 이상 전류센서가 있는 것으로 판단되면, 상기 이상 전류센서가 발생하기 직전에 인버터에 전송된 이전 듀티 지령에 따라 상기 인버터의 스위칭 듀티를 제어하는 단계;
    상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시켜서 제로에 도달시키는 단계;
    상기 인버터의 스위칭 듀티가 제로가 되면 상기 배터리의 충전이 중지된 것으로 판단하는 단계;
    를 포함하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이전 듀티 지령에 따라 상기 인버터의 스위칭 듀티를 제어할 때, 상기 인버터의 스위치 모듈들은 상기 이전 듀티 지령에 따라 모두 동일한 스위칭 듀티로 동작하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 인버터는,
    상기 모터의 3상 코일 중 제1코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제1스위치 모듈;
    상기 3상 코일 중 제2코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제2스위치 모듈;
    상기 3상 코일 중 제3코일에 인가되는 전류의 흐름을 제어할 수 있도록 구성된 제3스위치 모듈;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 인버터의 스위칭 듀티를 선형적으로 감소시킬 때, 상기 제1스위치 모듈과 제2스위치 모듈 및 제3스위치 모듈의 스위칭 듀티를 동일한 비율로 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 인버터의 스위칭 듀티가 제로가 되면 상기 배터리의 충전을 위한 전력을 제공하는 외부충전기의 출력전류가 제로가 되는지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 외부충전기의 출력전류가 제로가 되면 상기 배터리의 충전이 중지된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 충전시스템의 배터리 충전 중지 방법.
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